(57)【要約】      （修正有）【課題】それぞれのボルトをＦＥＡモデルにおいてビーム要素を用いてモデル化する。【解決手段】１つ以上のボルトに対する所望のプレテンションを印加するために、少なくとも１つのプレテンション対時間曲線が指定される。それぞれのプレテンション対時間曲線は、傾斜部と、所望プレテンション部と、オプション的なアンロード部と、を有する。プレテンション対時間曲線の継続時間は、概して、車耐衝撃性解析の合計のシミュレーション時間の初めの０．５〜１％をカバーする。傾斜部は０から所望のプレテンションまで実質的に線形で始まり、したがって、所望のプレテンションをボルトに緩やかに小さいインクリメントで印加するよう構成される。所望プレテンション部は、初期化処理の際に−一連の準静的解析の際に、所望のプレテンションをビーム要素に実際に印加することができることを確実にするよう構成される。【選択図】図６
2010079898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限要素解析法において軸方向歪みと独立にボルトプレテンションを初期化してボルト継手を有する構造の構造的応答をシミュレートする改良方法であって、
１つ以上のボルトを定義するステップであって、前記１つ以上のボルトのそれぞれが有限要素解析法の有限要素解析法モデルにおけるビーム要素であるステップと、
前記１つ以上のボルトのそれぞれの所望のプレテンションを指定する少なくとも１つのプレテンション対時間曲線を定義するステップであって、該少なくとも１つのプレテンション対時間曲線は、傾斜部と所望プレテンション部とオプション的なアンロード部とを備えているステップと、
有限要素解析法においてプレテンション対時間曲線の傾斜部をカバーする解法サイクルで第１シリーズの準静的解析を行なうステップと、
有限要素解析法において、プレテンション対時間曲線の所望プレテンション部をカバーする解法サイクルで第２シリーズの準静的解析を行なうステップと、
第１および第２ボルトプレテンション終了条件のどちらかが検出・決定されたとき、第２シリーズの準静的解析を終了することによって、ボルトプレテンションの初期化を達成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、有限要素解析法モデルが、耐衝撃性シミュレーションにおいて車あるいはトラックを表わすよう構成されている方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記１つ以上のボルトのそれぞれは、少なくとも１つのプレテンション対時間曲線のうちの１つに対応する方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、傾斜部は、所望のプレテンションが前記１つ以上のボルトのそれぞれに緩やかに実質的に小さいインクリメントで印加されるように構成されている方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、第１および第２シリーズの準静的解析のそれぞれのステップにおいて、ビーム要素における演算された軸方向応力をオーバーライドにするステップをさらに備える方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、第１および第２シリーズの準静的解析において減衰を印加し、構造的応答の高周波モードを早く減衰できるようにするステップをさらに備える方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、第２シリーズの準静的解析を行うステップは、
新しい解法サイクルにおいて解法時間をインクリメントするステップと、
新しい解法サイクルにおいて排除される一群のボルトを特定するステップと、
排除される一群のボルトのない状態で第２シリーズの準静的解析のうちの１つを、解法時間が所望プレテンション部の端部を過ぎるまで行うステップと、
をさらに備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、排除される一群のボルトは、アンロードされたと検出・決定された１つ以上のボルトのうちの１つを特定することによって、決定される方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、第１ボルトプレテンション初期化終了条件は、全体的構造エネルギー平衡を備える方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、
第２ボルトプレテンション初期化終了条件は、前記１つ以上のボルトのすべてにおいてアンロードされたと検出・決定されることを備える方法。
【請求項１１】
有限要素解析法において軸方向歪みと独立にボルトプレテンションを初期化してボルト継手を有する構造の構造的な応答をシミュレートする方法を実行するようコンピュータシステムを制御する命令を有するコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、前記方法は、
１つ以上のボルトを定義するステップであって、前記１つ以上のボルトのそれぞれが有限要素解析法の有限要素解析法モデルにおけるビーム要素であるステップと、
前記１つ以上のボルトのそれぞれの所望のプレテンションを指定する少なくとも１つのプレテンション対時間曲線を定義するステップであって、該少なくとも１つのプレテンション対時間曲線は、傾斜部と所望プレテンション部とオプション的なアンロード部とを備えているステップと、
有限要素解析法において、プレテンション対時間曲線の傾斜部をカバーする解法サイクルで第１シリーズの準静的解析を行なうステップと、
有限要素解析法において、プレテンション対時間曲線の所望プレテンション部をカバーする解法サイクルで第２シリーズの準静的解析を行なうステップと、
第１および第２ボルトプレテンション終了条件のどちらかが検出・決定されたとき、第２シリーズの準静的解析を終了することによって、ボルトプレテンションの初期化を達成するステップと、
を備えているコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、方法は、さらに、第１および第２シリーズの準静的解析のそれぞれの際に、ビーム要素における演算された軸方向応力をオーバーライドすることを備えているコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１３】
請求項１１に記載のコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、方法は、さらに、構造的な応答の高周波モードを早く減衰できるよう第１および第２シリーズの準静的解析において減衰を印加するステップを備えているコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１４】
有限要素解析法において軸方向歪みと独立にボルトプレテンションを初期化してボルト継手を有する構造の構造的な応答をシミュレートするシステムであって、
アプリケーションモジュールに対するコンピュータが読取り可能なコードを記憶するメインメモリと、
メインメモリに接続された少なくとも１つのプロセッサと、を備えたシステムであって、
前記少なくとも１つのプロセッサが、メインメモリにおけるコンピュータが読取り可能なコードを実行し、これにより、アプリケーションモジュールに
１つ以上のボルトであって、それぞれが有限要素解析法の有限要素解析法モデルにおけるビーム要素である１つ以上のボルトを定義する動作と、
１つ以上のボルトの前記それぞれの所望のプレテンションを指定する少なくとも１つのプレテンション対時間曲線であって、該少なくとも１つのプレテンション対時間曲線が傾斜部と所望プレテンション部とオプション的なアンロード部とを備えている少なくとも１つのプレテンション対時間曲線を定義する動作と、
有限要素解析法においてプレテンション対時間曲線の傾斜部をカバーする解法サイクルで第１シリーズの準静的解析を行なう動作と、
有限要素解析法においてプレテンション対時間曲線の所望プレテンション部をカバーする解法サイクルで第２シリーズの準静的解析を行なう動作と、
第１および第２ボルトプレテンション終了条件のどちらかが検出・決定されたとき、第２シリーズの準静的解析を終了することによって、ボルトプレテンションを初期化することを達成する動作と、
を行わせるシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、前記第２シリーズの準静的解析を行う動作は、さらに、
新しい解法サイクルにおいて解法時間をインクリメントすることと、
新しい解法サイクルにおいて排除される一群のボルトを特定することと、
排除される一群のボルトのない状態で第２シリーズの準静的解析のうちの１つを、解法時間が所望プレテンション部の端部を過ぎるまで、行うことと
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、コンピュータ支援工学解析において用いられる方法、システムおよびソフトウェア製品に関し、特に、有限要素解析法において軸方向歪みと独立してボルトプレテンションを初期化してボルト継手を有する構造の構造的な応答をシミュレートする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有限要素解析法（ＦＥＡ）は、三次元非線形構造設計および解析など複雑なシステムに関連するエンジニアリング問題をモデル化し解決するために産業において広く用いられる、コンピュータによって実現される方法である。ＦＥＡのその名前は、検討される対象の幾何学的配置を指定する方法に由来する。現代のデジタルコンピュータの出現により、ＦＥＡは、ＦＥＡソフトウェアとして実行されている。基本的に、ＦＥＡソフトウェアには、幾何学的な説明のモデルと、そのモデル内の各点における関連する材料特性とが、提供される。このモデルにおいて、解析されるシステムの幾何学的配置は、要素と呼ばれる種々のサイズのソリッド（中実体）、シェル（殻体）およびビーム（梁体）によって表わされる。要素の頂点をノードという。モデルは、材料特性に関連する材料名が割り当てられた有限数の要素から構成される。モデルは、このように、解析される対象がそのすぐまわりの環境と共に占めている物理的空間を表わす。そして、ＦＥＡソフトウェアは、それぞれのタイプの材料特性（例えば応力−歪み構造方程式、ヤング率、ポアソン比、熱導電性）が作表されている表を参照する。さらに、対象の境界での条件（つまり負荷、物理的制約など）が指定される。こうして、対象とその環境のモデルとが生成される。
【０００３】
ＦＥＡは、車両の空力性能と構造的保全性との両方を最適化するために、自動車メーカーでますます一般的になりつつある。同様に、航空機メーカーは、第１プロトタイプが開発されるはるか前に、ＦＥＡによって、飛行機性能を予測している。一般的なＦＥＡのタスクの１つが、車あるいはトラックの耐衝撃性など、衝突イベントをシミュレートすることである。耐衝撃性シミュレーションに関連する問題は、ボルト継手すなわち２つのパーツ間の連結を特にトラックにおいて適切にシミュレートすることである。
【０００４】
ボルト継手の一般的な目的は、２つ以上のパーツをともに締結することである。締結力は、ボルトヘッドおよびナットにトルクを印加することによって達成される。レンチとネジのメカニカルアドバンテージにより、ヘッドとナット間のボルトのセクション（グリップとして知られているエリア）を実際に伸張させ、ボルトにテンションを与える。このテンションは、プレテンションとして知られている。あらゆる他の力が継ぎ手に印加される前から存在しているからである。プレテンションは、ヘッド、ナット、および介在されるワッシャを介して、係合パーツに伝達される。プレテンションは、係合パーツをともに締めつけており、そして、継手が適切に設計され組み立てられ保持される場合には、係合パーツが通常負荷下で分離するあるいはスライドするのを防止する。
【０００５】
有限要素解析法においてボルト継手すなわち連結を適切にシミュレートするために、プレテンションを現実的にシミュレートする必要がある。多くの従来技術のアプローチは、ＦＥＡモデルの生成においてだけでなく実際のシミュレーション自体においても、ユーザには煩雑かつ／あるいは冗長である。一例において、従来技術のアプローチでは、ユーザはそれぞれのボルトを予め定義された軸方向の伸張で指定することが必要である。これを達成可能な方法はいくつもある。例えば、温度勾配を使用して伸張を生成する、あるいは予め定義された伸張に対応する軸方向応力値を単に設定することなどが含まれる。典型的なＦＥＡモデルが隣接する何百ものボルトを含んでいる場合もあるので、結果として生じる相互作用は多くのボルトに不正確なプレテンションを与える。シミュレーションの初期化ステージの際に、ユーザは、正しいプレテンションがＦＥＡモデルにおけるボルトのそれぞれかつひとつひとつすべてにおいてほんとうに達成されていることを確かめることに特別な注意を払わなければならない。この従来技術のアプローチは、ボルトの数が限られており、これらのボルトが実質的には異なる方向には配置されていない場合には、機能できるであろう。他の従来技術のアプローチにおいては、それぞれのボルトが、軸方向応力が２つのビーム端部ノードの運動の規定によって反復的に決定されるビーム要素によって表わされる。所望の軸方向応力に達すると、その後、制約が導入され、２つのビーム端部ノードの間の剛性リンクを生成するために用いられることになる。ボルトプレテンションが所望のレベルに達しない主要な理由は、ボルト継手内のプレートあるいは他のコンポーネントの変形による。他の例においては、非常に詳細なボルトモデルを、プレテンションを内部応力として確実にすることが要求される場合がある（例えばいくつかのソリッド要素）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、有限要素解析法においてボルトプレテンションを初期化する方法を改善することが望まれよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、有限要素解析法における軸方向の歪みから独立したボルトプレテンションを数値的に初期化するシステム、方法およびソフトウェア製品を開示する。ボルト継手すなわち連結におけるボルトのプレテンションは、物理データ（例えばボルトを締めるために用いられたレンチのトルク）から決定される。構造（例えば車、トラックなど）において１つより多いボルトがある場合、それぞれのボルトは異なるプレテンションを有することができ、異なる方向に配置できる。本発明の一のアスペクトにおいて、それぞれのボルトは有限要素解析法モデルにおいてビーム要素を用いてモデル化される。それぞれのビーム要素は、ボルトの２つの端部に対応する２つの端部ノードを有している。１つ以上のボルトに対する所望のプレテンションを印加するために、少なくとも１つのプレテンション対時間曲線が指定される。それぞれのプレテンション対時間曲線は、傾斜部と、所望プレテンション部と、オプション的なアンロード部と、を有する。プレテンション対時間曲線の継続時間は、概して、車耐衝撃性解析の初めの０．５〜１％の合計のシミュレーション時間（約１００ミリ秒すなわち０．１秒）をカバーする。傾斜部は０から所望のプレテンションまで実質的に線形で始まり、したがって、所望のプレテンションをボルトに緩やかに実質的に小さいインクリメントで印加するよう構成される。所望プレテンション部は、初期化処理−１シリーズの準静的解析（ａ  ｓｅｒｉｅｓ  ｏｆ  ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｃ  ａｎａｌｙｓｅｓ）の際に、所望のプレテンションをビーム要素に実際に印加することができることを確実にするよう構成される。ビームの変形あるいは軸方向の歪みから独立してボルトにおける所望のプレテンションを課することができるので、本発明の一の面にかかる方法は従来技術のアプローチにおいて起きる問題を克服する。特に、本発明の方法は、所望のプレテンションを導き出すために用いられる軸方向の歪みあるいは変位を反復的に決定する必要を完全に回避する。アンロード部は、所望のプレテンションに達しボルトに印加されたことを示すよう構成される。
【０００８】
準静的解析を動的緩和（ｄｙｎａｍｉｃ  ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）あるいは暗黙解法（ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）のいずれかを通じて行なうことができる。他の面においては、ボルトプレテンションの終了を、全体的構造エネルギー（つまりプレテンション対時間曲線の所望プレテンション部に対応する解法サイクル（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｃｙｃｌｅ）の際の内部および／または運動エネルギー平衡）をチェックするによって決定することができる。全体的構造エネルギー平衡が検出・決定されると、ボルトプレテンションの初期化が達成され終了される。負荷の傾斜部では、全体的エネルギーが増加する。すべてのボルトが曲線の所望プレテンション部へと負荷を受けた後、エネルギー平衡が可能になる。
【０００９】
一の態様では、本発明は、有限要素解析法において軸方向歪みと独立にボルトプレテンションを初期化してボルト継手を有する構造の構造的な応答をシミュレートする改良方法であって、以下のものを備える。１つ以上のボルトを定義するステップであって、それぞれが有限要素解析法の有限要素解析法モデルにおけるビーム要素である１つ以上のボルトを定義することと、前記１つ以上のボルトのそれぞれの所望のプレテンションを指定する少なくとも１つのプレテンション対時間曲線を定義するステップであって、該少なくとも１つのプレテンション対時間曲線が傾斜部と所望プレテンション部とオプション的なアンロード部とを備えている少なくとも１つのプレテンション対時間曲線を定義することと、有限要素解析法においてプレテンション対時間曲線の傾斜部をカバーする解法サイクルで第１シリーズの準静的解析を行なうステップと、有限要素解析法においてプレテンション対時間曲線の所望プレテンション部をカバーする解法サイクルで第２シリーズの準静的解析を行なうステップと、第１および第２ボルトプレテンション終了条件のどちらかが検出・決定されたとき、第２シリーズの準静的解析を終了することによって、ボルトプレテンションを初期化することを達成するステップと、である。
【００１０】
発明の第２シリーズの準静的解析を行うステップは、さらに、新しい解法サイクルにおいて解法時間をインクリメントするステップと、新しい解法サイクルにおいて排除される一群のボルトを特定するステップと、排除される一群のボルトのない状態で第２シリーズの準静的解析のうちの１つを解法時間が所望プレテンション部の端部を過ぎるまで行うステップと、を備えており、また、排除される一群のボルトは、アンロードされたと検出・決定された１つ以上のボルトのうちの１つを特定することによって、決定される。第１ボルトプレテンション初期化終了条件は、全体的構造エネルギー平衡を備え、一方、第２ボルトプレテンション初期化終了条件は、前記１つ以上のボルトのすべてがアンロードされたと検出・決定されたことを備えている。
【００１１】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の実施形態の詳細な説明を考察することで明らかになるであろう。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、アスペクトおよび利点は、以下の説明、添付したクレームおよび以下の添付図面との関連から一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態を含む車耐衝撃性シミュレーションの例示的な有限要素解析法結果を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一の実施形態を用いてボルトプレテンションを数値的にモデル化できる、ボルト継手における例示的なボルトの軸方向の図である。
【図３】図３は、図２の例示的なボルトの径方向（側面）の図である。［００１６］
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる、図３のボルトの例示的なビーム要素モデルを示す図である。
【図５】図５は、本発明の一の実施形態にかかる、ボルトの所望のプレテンションを指定するよう構成された例示的なプレテンション対時間曲線を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかかる、有限要素解析法における軸方向の歪みから独立してボルトプレテンションを初期化する例示的な工程を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態が構築された演算デバイスの主要なコンポーネントを示す機能図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の説明に役立てるために、ここで開示される全体にわたってのいくつかの用語を定義する必要があると思われる。以下の定義は、実施形態にかかる本発明を理解し記述することに役立たせるものであることを述べておくべきであろう。定義は、実施形態に関していくつかの制限を含むように見えるかもしれないが、ここで使われる用語の実際の意味は、この実施形態を十分に越えた当業者には公知の適用範囲を有する。
【００１５】
ＦＥＡは、有限要素解析法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）の意味である。
【００１６】
暗黙的ＦＥＡあるいは解法はＫｕ＝Ｆをいう。ここで、Ｋは有効剛性マトリクス（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ  ｍａｔｒｉｘ）であり、ｕは未知の変位配列（ｕｎｋｎｏｗｎ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ａｒｒａｙ）であり、Ｆは有効負荷配列（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｌｏａｄｓ  ａｒｒａｙ）である。Ｆは右側負荷配列（ｒｉｇｈｔ  ｈａｎｄ  ｓｉｄｅ  ｌｏａｄｓ  ａｒｒａｙ）であり、Ｋは左側剛性マトリクス（ｌｅｆｔ  ｈａｎｄ  ｓｉｄｅ  ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ  ｍａｔｒｉｘ）である。解法は、剛性度、質量および減衰の関数である有効剛性マトリクスの因数分解を用いて、全体的なレベルで行なわれる。１つの例示的な解法方法は、ニューマーク時間積分法（Ｎｅｗｍａｒｋ  ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｓｃｈｅｍｅ）である。
【００１７】
明示的ＦＥＡはＭａ＝Ｆをいう。ここで、「Ｍ」は対角的質量配列（ｄｉａｇｏｎａｌ  ｍａｓｓ  ａｒｒａｙ）であり、「ａ」は未知のノードの加速配列（ｕｎｋｎｏｗｎ  ｎｏｄａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ａｒｒａｙ）であり、「Ｆ」は有効負荷配列である。解法は、マトリックスの因数分解を用いずに要素レベルで実行することができる。１つの例示的な解法方法は、中心差分法（ｃｅｎｔｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれるものである。
【００１８】
ビーム要素は、２つの端部ノードによって定義された一次元の有限要素をいう。ビームが歪み力の下にある場合、ビームには、軸方向応力と、断面にわたって変化する３つの剪断応力と、をもつ。ビームの軸方向の歪みは、ビームの軸方向における伸張の量として定義される。例えば、ビームが軸方向引っ張り力によって元の長さＬから延びた長さ（Ｌ＋δ）へ伸張される場合、軸方向の歪みεは、単位長当たり合計の伸長δとして定義される（つまりε＝δ／Ｌ）。
【００１９】
本発明の実施形態を、図１乃至図７を参照してここに説明する。しかしながら、これらの図を参照してここで与える詳細な説明は例示の目的であって、発明がこれらの限定的な実施形態を越えて広がっていることは、当業者には容易に理解されよう。
【００２０】
まず、図１を参照して、車耐衝撃性シミュレーションの例示的な有限要素解析法の結果を示す。自動車衝突シミュレーションは、一般的には有限要素解析法を用いて行なわれる、コンピューターシミュレーションを用いた、車の破壊衝突ステップの仮想的な再現である。車のエンジンルームにおけるいくつかのパーツや、トラックにおける多くのコンポーネント（例えばエンジン、トレーラーなど）が、ボルトによってともに連結すなわち継手される。これらのボルト継手を適切にシミュレートするために、ボルト継手をボルトにおけるプレテンションを用いて現実的にモデル化しなければならない。ボルト継手あるいは連結におけるそれぞれのボルトのプレテンションを、ボルトを締めるために用いられるレンチのトルクから導き出すことができる。図１に示す結果は壁に衝突したセダンのものであるが、他のタイプの自動車（例えばトラック、スポーツカー、バンなど）を用いることができること、および／または、側面衝突など他のタイプの衝突、転覆を含めることができることが、当業者には理解されよう。
【００２１】
図２は、ボルト継手すなわち連結における例示的なボルト２１０の軸方向図を示す。ボルト２１０は、２つのパーツ２２２，２２４を締めるよう、１ペアのナット２１２によって固定される。ボルト継手の側面図を図３に示す。本発明の一の実施形態では、トルクレンチによって設定されたボルト２１０におけるプレテンションを、有限要素解析法において数値的にモデル化して、現実的に車／トラック衝突イベントをシミュレートすることができる。１つのボルト２１０のみを図２および図３に示したが、車／トラックモデルに１つよりも多いボルトがあってもよい。さらに、ボルトのそれぞれを異なる方向に配置してもよい。
【００２２】
図４は、ビーム要素４１０を用いたボルト２１０の有限要素モデルを示す。パーツ２２２，２２４は、他のタイプの要素（例えばシェル、ソリッド）４２４，４２４を用いてモデル化される。現実的な車／トラックシミュレーションを行なうことができるように、ビーム要素４１０を所望のプレテンションで初期化する必要がある。所望のプレテンションを印加するために、それぞれのビーム要素（つまりボルト）のプレテンション対時間曲線（つまり負荷曲線）を指定して使用する。本発明の実施形態にかかる例示的なプレテンション対時間曲線５００を、図５に示す。
【００２３】
プレテンション対時間曲線５００は、水平の時間軸５０２および垂直のテンション負荷軸５０４によって定義される。曲線５００は、時間０でテンション負荷が０に初期設定されている起点５１０から始まる。曲線５１０は、所望のプレテンション５１２に達するまで、傾斜部５１１が続く。その後、曲線５００は、オプション的なアンロード部５１３に入るまで、短い水平な所望プレテンション部５１４（つまり水平部）が続く。プレテンション対時間曲線５００の全体的な継続時間は、概して、約１００ミリ秒すなわち０．１秒間続く、車／トラック耐衝撃性シミュレーションの合計の時間の初めの０．５〜１％であるよう構成される。プレテンション曲線５００は、時間０から始まる。プレテンション対時間曲線５００は、プレテンション初期化処理の継続時間に対応するする時間５２０で終了する。図５に示すように、プレテンション対時間曲線５００の負荷段階は、傾斜部５１１と所望プレテンション部５１４とを有している。
【００２４】
プレテンション対時間曲線５００における傾斜部５１１を有する理由の１つは、テンション負荷あるいはプレテンションが対応するビーム要素に漸増的（インクリメンタル的に）に印加されて、それぞれの漸増的な（インクリメンタル的）解法時間における準静的解法が比較的速く収束することを保証するためである。それぞれの漸増的な準静的解法ステップを、時間ステップすなわちインクリメントΔｔ５２２ずつ解法時間をインクリメントすることによって制御することができる。さらに、傾斜部５１１における負荷段階の際のＦＥＡモデルの高周波モードを、減衰（例えばレーリー剛性減衰および／または接触減衰）が印加される場合、非常に速く減衰させることができる。減衰の印加はオプション的であり、初期化処理が終了した後に終わらせることができる。
【００２５】
ボルトプレテンション初期化を終了する指示の１つは、所望プレテンション部５１４に対応する解法サイクルの際に全体的構造エネルギー（例えば内部エネルギー、運動エネルギーなど）が平衡に達したか否かをチェックすることである。平衡が検出・決定されたとき、初期化処理を終了する。言いかえれば、ボルトプレテンションの初期化の終了条件に到達した。それ以上初期化は必要ではなくなる。
【００２６】
全体エネルギー平衡が全ボルトプレテンション初期化処理の終了指示として用いられる。一方、個々のボルトに対する初期化を終了する他の指示もある。これは、アンロード部５１３においてアンロードが発生した場合、達成される。アンロード部５１３が曲線５００において明示的に定義されていない場合、所望プレテンション部５１４の端部がアンロードの指示として用いられる。
【００２７】
有限要素モデルにおいて定義されたプレテンションボルトのそれぞれは、プレテンション対時間曲線５００と関連している。これは、多くの方法で、例えば、ボルトのすべてに対して１つの曲線で、ボルト当たり１つの曲線で、あるいは１つ以上のボルトのそれぞれに対していくつかの曲線で達成することができる。言いかえれば、ユーザは、１つの特定のタイプと同じ所望のプレテンションを有するボルトをグループ化して、１つの特定のプレテンション対時間曲線をそのタイプと関連させることができる。全体的なＦＥＡモデルのボルトプレテンションの初期化は、モデルにおけるボルトのすべてが初期化されたことを必要とする。モデルにおけるボルトのすべてが初期化されたことは、対応するプレテンション対時間曲線においてそれぞれのボルトの終了条件に達したことを意味する。ボルトのすべてがプレテンション対時間曲線５００のアンロード部５１３に達したとき、ボルトプレテンション初期化全体が終了する。構造の異なる領域にあるボルトは、異なるプレテンション曲線対時間曲線を用いて初期化することができる。例えば、高剛性領域（例えばエンジンマウント）におけるボルトは比較的短い時間（例えば、短い傾斜部を用いて）で初期化することができ、一方、可撓性のある領域におけるボルトは長い傾斜部を必要とすることもある。
【００２８】
次に図６を参照して、本発明の実施形態にかかる、有限要素解析法におけるボルトプレテンションを初期化する例示的な工程６００のフローチャートを示す。工程６００を、ソフトウェア、ハードウェアあるいはその両方の組み合わせで実行することができる。
【００２９】
１つ以上のボルトを定義することによって工程６００がスタートする。それぞれのボルトは、ステップ６０２において、車あるいはトラックの有限要素解析法モデルにおける対応するビーム要素によって表わされる。次に、ステップ６０４において、少なくとも１つのプレテンション対時間曲線（例えば図５に示される負荷曲線）が定義される。プレテンション対時間曲線の特性は、傾斜部と、所望プレテンション部と、オプション的なアンロード部と、を有する。有限要素解析モデルにおいて定義されたプレテンションボルトのそれぞれは、その少なくとも１つのプレテンション対時間曲線の特定の１つと関連し、割り当てられている。その後、プレテンション初期化プロシージャが、ステップ６０６において、プレテンション対時間曲線の傾斜部をカバーする１シリーズの準静的解析を行なうことによって、始まる。すなわち、ビーム要素のプレテンションは、そのシリーズの準静的解析において漸増的に印加される。ビーム要素（つまりボルト）において所望のプレテンションに達するまで、準静的解析のそれぞれが所望のプレテンションの一部を追加する。漸増的に内部テンション負荷を印加することは、有限要素解析法モデルの動的応答を最小限にする。傾斜部分の端部に到達したとき、ステップ６０８において全体的構造エネルギー平衡に達したか否かがチェックされる。平衡に達すると、工程６００は終了する。
【００３０】
初期化処理の負荷段階では、プレテンション対時間曲線において指定されたテンション負荷が、対応するビーム要素の軸方向応力を計算するために用いられ、演算された軸方向応力をオーバーライドする。所望のプレテンションには、ビームにおいて演算された軸方向の歪みから独立して達する。負荷段階では、プレテンション対時間曲線の傾斜部および一定な所望プレテンション部を有している。
【００３１】
ステップ６０８おいて平衡に達したと決定していない場合、工程６００はそれぞれの準静的解析後にステップ６１０へと移行する。プレテンション対時間曲線の終了時間に達したかどうかが判断される。１つより多いプレテンション曲線対時間曲線が定義されている場合、ステップ６１０をプレテンション曲線対時間曲線のそれぞれすべてに適用する必要がある。言いかえれば、ステップ６１０は、有限要素モデルにおいて定義されたそれぞれすべてボルトを所望のプレテンションへと初期化することを保証するためのものである。「ｎｏ」の場合、工程６００は、ステップ６１２へと移行する。ステップ６１２においては、アンロード段階にある（つまり、所望のプレテンションに達しており、アンロード挙動を示し始めた）あらゆるボルトが、プレテンション初期化プロシージャにおけるさらなる準静的解析から排除される。多くの既知の方法を、これを達成するために用いることができる。例えば、そのような基準に適合するあらゆるボルトにフラグを立てるすなわちマークして、さらなるプレテンション初期化が、フラグが立てられたボルトすなわちビーム要素に適用される必要をなくすことができる。
【００３２】
次のステップ６１４においては、解法時間がインクリメントされる（例えば時間インクリメントΔｔ）。その後、他の準静的解析がステップ６１６において新しくインクリメントされた解法時間において行なわれる。その後、工程６００は全体的構造エネルギー平衡をチェックするためにステップ６０８に戻る。平衡に達していない場合、ステップ６１０が「ｙｅｓ」になるまで、ステップ６１０、ステップ６１２，６１４，６１６が繰り返される。工程６００が終了する。
【００３３】
準静的解析を動的緩和法あるいは暗黙的解析のいずれかを通じて行なうことができることを付言しておく。他の準静的初期化をまた同時に行うことができることも付言しておく。例えば、サスペンションシステムの重力負荷、および所望の圧力への自動車タイヤの膨張などがある。
【００３４】
一の側面において、本発明は、ここに説明した機能を実行可能な１つ以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム７００の一例を、図７に示す。コンピュータシステム７００は、プロセッサ７０４など１つ以上のプロセッサを有する。プロセッサ７０４は、コンピュータシステム内部通信バス７０２に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムで説明する。この説明を読むと、いかにして、他のコンピュータシステムおよび／またはコンピュータアーキテクチャーを用いて、本発明を実行するかが、関連する技術分野に習熟している者には明らかになるであろう。
【００３５】
コンピュータシステム７００は、また、メインメモリ７０８、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有しており、また、二次メモリ７１０を有していてもよい。二次メモリ７１０は、例えば、１つ以上のハードディスクドライブ７１２、および／またはフレキシブルディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどに代表される１つ以上のリムーバブルストレージドライブ７１４を有することができる。リムーバブルストレージドライブ７１４は、よく知られている方法で、リムーバブルストレージユニット７１８から情報を読み取り、および／またはリムーバブルストレージユニット７１８に情報を書き込む。リムーバブルストレージユニット７１８は、リムーバブルストレージドライブ７１４によって読み取り・書き込みされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスクなどを表わす。以下にわかるように、リムーバブルストレージユニット７１８は、コンピュータソフトウェアおよび／またはデータを内部に記憶しているコンピュータで使用可能な記憶媒体を有している。
【００３６】
別の実施形態において、二次メモリ７１０は、コンピュータプログラムあるいは他の命令をコンピュータシステム７００にロードすることを可能にする他の同様な手段を有することもできる。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット７２２とインターフェース７２０とを有することができる。そのようなものの例には、プログラムカートリッジおよびカートリッジのインターフェース（ビデオゲーム機に見られるようなものなど）と、リムーバブルメモリチップ（消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュメモリ、あるいはＰＲＯＭなど）およびそれらに対応するソケットと、ソフトウェアおよびデータをリムーバブルストレージユニット７２２からコンピュータシステム７００に転送することを可能にする他のリムーバブルストレージユニット７２２およびインターフェース７２０と、が含まれうる。一般に、コンピュータシステム７００は、プロセススケジューリング、メモリ管理、ネットワーク管理およびＩ／Ｏサービスなどのタスクを行なうオペレーティングシステム（ＯＳ）ソフトウェアによって、制御され連係される。
【００３７】
通信用インターフェース７２４も、また、バス７０２に接続することができる。通信用インターフェース７２４は、ソフトウェアおよびデータをコンピュータシステム７００と外部装置との間で転送することを可能にする。通信用インターフェース７２４の例には、モデム、ネットワークインターフェイス（イーサネット（登録商標）・カードなど）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）スロットおよびカードなど、が含まれうる。通信用インターフェース７２４を介して転送されたソフトウェアおよびデータは、通信用インターフェース７２４によって受信可能な電子信号、電磁気信号、光学信号、あるいは他の同等な手段とできる信号７２８の態様である。コンピュータ７００は、特定の通信手続（つまりプロトコル）を実行してデータを送受信する。一般的なプロトコルのうちの１つは、インターネットにおいて一般に用いられているＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）である。一般に、通信インターフェース７２４は、データファイルをデータネットワーク上で伝達される小さいパケットへ分割し、あるいは受信したパケットを元のデータファイルへと組み立てる（再構築する）、いわゆるパケットのアセンブル・リアセンブル管理を行う。さらに、通信インターフェース７２４は、正しい宛先に届くようそれぞれのパケットのアドレス部分に対処し、あるいはコンピュータ７００が宛先となっているパケットを他に向かわせることなく確実に受信する。この書類において、「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータで使用可能な媒体」という用語は、リムーバブルストレージドライブ７１４および／またはハードディスクドライブ７１２に組み込まれたハードディスクなどの媒体を通常意味して用いられている。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム７００にソフトウェアを提供する手段である。本発明は、このようなコンピュータプログラム製品に対してなされたものである。
【００３８】
コンピュータシステム７００は、また、コンピュータシステム７００をモニタ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、プロッタなどとアクセスさせるための入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース７３０を有していてもよい。
【００３９】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）は、メインメモリ７０８および／または二次メモリ７１０にアプリケーションモジュール７０７として記憶される。コンピュータプログラムを、通信用インターフェース７２４を介して受け取ることもできる。このようなコンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、コンピュータシステム７００がここに説明した本発明の特徴を実行することが可能になる。詳細には、コンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、プロセッサ７０４が本発明の特徴を実行することが可能になる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム７００のコントローラを表わしている。
【００４０】
ソフトウェアを用いて発明が実行されるある実施形態において、当該ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に記憶され、あるいは、リムーバブルストレージドライブ７１４、ハードドライブ７１２あるいは通信用インターフェース７２４を用いてコンピュータシステム７００へとロードされる。アプリケーションモジュール７０７は、プロセッサ７０４によって実行された時、アプリケーションモジュール７０７によって、プロセッサ７０４がここに説明した本発明の機能を実行する。
【００４１】
所望のタスクを実現するために、Ｉ／Ｏインターフェース７３０を介したユーザ入力によって、あるいは、よることなしに、１つ以上のプロセッサ７０４によって実行することができる１つ以上のアプリケーションモジュール７０７を、メインメモリ７０８に、ロードすることもできる。動作においては、少なくとも１つのプロセッサ７０４がアプリケーションモジュール７０７のうちの１つが実行されると、結果が演算されて二次メモリ７１０（つまりハードディスクドライブ７１２）に記憶される。ＣＡＥ解析（例えば有限要素解析法を用いる数値シミュレーション）の状況は、テキストあるいはグラフィック表現で、Ｉ／Ｏインターフェース７３０を介してユーザに報告される。
【００４２】
本発明を具体的な実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は単に例示的なものであって、本発明を限定するものではない。具体的に開示した例示的な実施形態に対する種々の変形あるいは変更が当業者には思いつくであろう。例えば、有限要素解析法モデルのビーム要素は示して説明したが、他のタイプあるいは形式の一次元の有限要素を用いて同じことを達成することもできる（例えば、均一の軸方向応力を有し、剪断応力をもたないトラス要素）。さらに、プレテンション対時間曲線を示して説明したが、他の均等な形式あるいは手法、例えば、ルックアップテーブル、閉じた形の方程式（ｃｌｏｓｅｄ  ｆｏｒｍ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）などを用いることもできる。つまり、本発明の範囲は、ここに開示した具体的な例示的実施形態に限定されるのではなく、当業者が容易に思いつくあらゆる変形は、本願の精神および認識範囲内および添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
７００  コンピュータシステム
７０２  バス
７０４  プロセッサ
７０６  アプリケーションモジュール
７０８  インメモリ
７１０  ２次メモリ
７１２  ハードディスクドライブ
７１４  リムーバブルストレージドライブ
７１８  リムーバブルストレージユニット
７２０  インターフェース
７２２  リムーバブルストレージユニット
７２４  通信インターフェース
７３０  Ｉ／Ｏインターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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